电气化铁道接触网故障类型分析及防治措施

郝海峰/朔黄铁路有限公司

电气化铁道接触网故障类型分析及防治措施

郝海峰/朔黄铁路有限公司

接触网故障直接导致行车中断，为了加强对接触网运行质量的管理，提高牵引供电的可靠性，有必要对电气化铁路接触网的故障进行监控和管理。本文通过对朔黄线近几年接触网故障的统计分析，分别从故障类型、故障原因等方面进行了分类，提出了故障的主要原因，并给出了防治措施。

接触网；绝缘子；接触网；弓网故障

引言

牵引供电系统通过接触网向列车提供电能，是电气化铁路的重要组成部分[1]。目前我国电气化铁路采用的是交流供电制式，牵引变电所连接地方电网，将220kV或110kV输电线路传输的电能转变为55kV(AT供电方式)或27.5kV(直供方式)后，通过接触网向列车供电。由于受铁路净空及取流的限制，接触网直接暴露于旷野中，受雨、雪等自然气候的侵蚀，且没有备用系统。一旦接触网发生故障，将直接导致行车中断，影响运输效率，降低企业的效益。严重时可能危及设备、检修人员及列车的安全。因此，我国专业人员对接触网故障开展了大量的研究，包括对弓网故障的分析、接触网故障的测距等。本文将根据朔黄线接触网近几年运行的实际数据统计资料，对接触网故障进行分类，研究给出每一类型故障发生的主要原因，并提出防治措施。

1.接触网基本结构

接触网结构非常复杂，图1为直供方式下的接触网。为了保证列车能在高速下正常取得电能，接触网与列车受电弓接触处要求平滑且有弹性，因此接触网导线分为承力索与接触线。接触线为与列车受电弓接触的导线，如图1中2所示。

图1 接触网示意图

图1中4为定位器，用于保证接触线呈“之”分布，让受电弓磨损均匀。

图2为AT供电方式的接触网，与直供方式相比，AT供电方式为2*27.5kV，但列车运行电压为27.5kV，因此图中支柱的田野侧多了一条负馈线，该导线对钢轨的电压为27.5kV，承力索和接触线与钢轨的电压也为27.5kV，但二者的相位相差180度。

图2 AT供电方式下的接触网示意图

由于每一个牵引变电所供电距离有限，因此一条铁路线路有数十个变电所供电，为了分隔各个变电站的供电区间及相位，接触网还需要进行分相和分段，在站场的接触网结构尤为复杂，如图3所示。复杂的接触网结构，以及接触网与列车受电弓之间的高速相对运动，导致接触网非常容易发生故障。

图3 黄骅港站的接触网结构

2.接触网故障类型分析

为了探明接触网故障的主要原因，现将朔黄线近几年的运行数据进行统计分析，结果如图4所示：近4年发生的牵引供电系统障碍、故障以及事故共计77次，其中自动降弓共计11次（机车受电弓加装自动放风降弓装置后再无弓网故障），占总次数的14.3%以上。绝缘子污闪及绝缘间隙击穿59次，占总次数的76.6%左右，不明原因引起跳闸7次，约为总数的10%。下文将重点对弓网故障及绝缘故障进行分析。

图4 自动降弓、故障及事故原因分类

3.接触网弓网关系分析

3.1 弓网障碍类型

列车高速运动时，受电弓滑板和接触线处于高速的相对运动状态。当接触网或列车受电弓存在缺陷时，高速运动将这些缺陷的影响扩大，有可能导致受电弓拉翻或接触网零件损坏，严重时可通拉断接触网导线，拉断接触网支柱。

弓网障碍是接触网一种常见的故障类型，根据发生弓网故障的原因，可以分为以下几类：

产品质量问题引起的弓网障碍

由于接触网零部件的质量不合格，或者是零部件有施工或运行过程中受到损伤，当该零部件在长期动态工作过程中疲劳损坏，进而形成弓网障碍。

如某站场接触线断线，其原因是接触线断裂处有￠3mm的气泡和浅灰色铜层，由于材质不合格造成接触网故障。

因施工与检修造成的弓网障碍

在施工与检修过程中，如果未严格执行相关的规定，导致参数未达到要求，如之字值超标、定位坡度不足，线岔不水平等，从而引起弓网故障。

如某次因跨越施工，导致导电体落到接触网上引起接地，烧断接触网，列车通过时导致受电弓被打坏引起自动降弓。

气候变化引起的弓网故障

接触网受气候的影响较大，尤其是下锚支柱，当气温发生改变时，接触线与承力索发生热胀冷缩，引起下锚偏移，造成接触网支柱及接触悬挂参数的变化等。

如某区间拉出值均为300左右，接触线因有吊弦受力的作用，下降不大，未偏出电力机车受电弓的有效工作范围，因此未形成钻弓。但定位器悬挂在受电弓的有效工作范围内，并低于接触线上方，再加上电力机车受电弓抬升力的作用，致使机车经过时悬挂的定位器打坏受电弓自动放风角阀，引起自动降弓。

3.2 弓网障碍的统计分析

引起弓网故障的原因很多，根据近几年弓网故障的统计结果，由于零部件质量原因的故障共有10次，超过了总共故障次数的91%。路外原因的故障共有1次，约为总次数的9%。

通过该统计分析结果可知，弓网故障中，占主体的是零部件因素，因此减少弓网故障的关键为：

①要确保使用的设备与零部件的材质合格。

要确保使用的设备与零部件的材质合格，首先必需把好材料进料关，该做试验的必需做试验。

②加强维修与检测管理。

除零部件质量问题，检修不到位是造成弓网故障的第二原因。要加强定位点与线岔的检修与维护工作，如：定位器坡度、电联接线及线夹的状态、拉出值、线岔的投影点、等高、抬高、吊弦及吊弦线夹、设备锈蚀等等。特别是新建线路与大修后的线路，可能存在大量施工遗留的问题，必需加强检测与管理。

3.3 减少弓网障碍的措施

（1）加强对接触网参数的综合监测：除了日常巡视进行的静态检测，还应结合接触网综合检测车进行动态检测，及时消除发现的问题。减少硬点对受电弓造成的影响，制定适当的检修周期，对导线接头及时检修，及时调整导线导高，降低导线坡度，消除导线坡度对受电弓的影响。

（2）加强对接触网各部零件的检查：对螺栓、螺母、弹垫、防松垫片的平推、检查，在设备投人时要对各部螺栓进行平推紧固，在此基础上通过抽查逐步摸索螺栓动态松动周期，及时进行紧固，确保各部参数处于标准范围。同时在有条件的情况下尽可能多地使用防松螺母及垫片。

（3）对不能适应列车运行条件的接触网部件和处所进行改造：如高速动车组运行区段的分段、分相和抬高受限处所。对容易脱落打弓的部件如“邻线有电牌”进行更换。

（4）严格按照温度曲线安装、调整设备：保证设备不致因温度变化而产生卡滞、过紧、过松而使接触网参数发生变化。

（5）加强设备抵抗外界干扰的能力：如给支柱修建护坡和设立防护桩等。

4.绝缘故障分析

4.1 绝缘类型分析

4.1.1 绝缘子闪烙。

引起绝缘子闪络的主要原因分为污闪和雷击闪络两种，绝缘子污闪是指当绝缘子表面污秽较多时，在雨雾天气，污秽吸水形成导电层，导至绝缘子闪络。而雷击闪络主要是由于雷电过电压的影响。此外，当绝缘子的绝缘材料性能下降时，也可能造成绝缘子击穿。

根据目前的统计数据，绝缘子雷击闪络位置与雷击点有关，而绝缘子污闪主要发生在站场，尤其是货物装卸线路的绝缘子与开关容易发生闪络。

图5 绝缘子污闪

4.1.2 异物对绝缘的影响。

由于接触网裸露在空中，受周围环境影响交大，特别是大风天气或结构物掉落，经常会导致接触网设备上悬挂异物或异物侵入设备限界，从而经常造成事故跳闸，影响行车的安全。

4.1.3 鸟害对绝缘的影响。

鸟类引起的接触网故障在总故障中仅次于异物与树木侵限。图6为鸟在支柱腕臂底坐上搭建的鸟巢，每年在春季的时候是鸟类筑巢的高峰期，由于接触网结构的性质，地势处于开阔阳光充足的位置，导致鸟类选择栖息的首选地方，搭建鸟窝的材料一般是树枝或者铁丝，缩短对接触网带电部分的安全距离，导致接触网放电或者跳闸。

图6 鸟巢对线路绝缘子的影响

4.1.4 朔黄铁路近年来绝缘类型故障造成的接触网跳闸件数统计。

绝缘子闪络(件) 异物搭接(件) 鸟害(件)2013年 23 3 2 2014年 7 1 2 2015年 7 1 1 2016年 5 3 4

4.2 绝缘故障原因分析

4.2.1 雷击闪络。

主要表现为绝缘子清扫周期过长，周围环境污染严重，使绝缘子表面形成导电层而放电击穿。

4.2.2 外物侵限。

铁路旁的树木、建筑物受到自然因素的影响，导致对接触网(含供电线)的安全距离变小，甚至接触到接触网上，接触网会发生放电现象，或者大风天气时异物侵入设备限界，经常造成接触网发生跳闸，另外鸟类打窝用的树枝或者金属物质以及动物本身也会导致接触网发生放电或短路故障。

4.2.3 绝缘距离不足。

接触网带电部分由于受温度变化使其空间几何位置发生变化，当对接地体的距离变小并小于全距离时即发生对地放电故障。

4.2.4 绝缘子的绝缘强度不足。

一些特殊的地方，外界环境影响较大，比如化工污染，雾霾的影响，也会导致绝缘子发生放电击穿现象。

4.3 减少绝缘故障的措施

4.3.1 加强对绝缘的清扫工作，对部分污染严重的区段人为缩短清扫周期。

4.3.2 对环境恶劣区段更换为抗污性能强的硅橡胶绝缘子。

4.3.3 对接触网线索的调整要考虑其温度变化的影响，保证在温度变化时带电部分距接地体保持足够的安全距离。

4.3.4 对铁路附近可能影响接触网供电安全的危树、建筑物及时做好防护措施，保证在外界状态影响下，对接触网能保证足够的安全距离。

4.3.5 加强对上跨建筑物上积雪的清扫工作和钢柱、横梁上鸟巢的清理工作，防患于未然。

5.结论

接触网是铁路牵引供电系统的重要设备，接触网故障将导致供电中断，影响行车可靠性。本文通过对接触网故障进行统计分析，得到接触网故障的主要特点为：弓网障碍、绝缘故障、以及其他原因。

弓网障碍的统计结果表明，零部件质量原因是造成弓网关系异常的主要原因。绝缘故障中绝缘子闪络是造成接触网绝缘故障的一个主要原因。此外，造成接触网绝缘故障的原因包括异物侵限、树木侵限和鸟害。在站场，货物装卸造成绝缘子污秽也是引发绝缘闪络的一个重要原因。

根据以上结果果，要预防和减少接触网故障，需要从减少弓网障碍和绝缘故障入手，加强零部件的质量监控关，加强日常的维修管理，保证接触网处于良好的运行状态。

[1]吴积钦．受电弓——接触网系统电接触特性研究[D].西南交通大学 2009.

[2]于成聚．高速电气化铁道接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2002.

[3]梅桂明．受电弓——接触网系统动力学研究[D].西南交通大学 2011.